CN115560356A - 一种燃气轮机扩压进气结构及分流环结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃气轮机扩压进气结构技术领域，具体涉及一种燃气轮机扩压进气结构及分流环结构，包括圆环形的分流环本体，所述分流环本体能够安装到燃烧室的进气口处；该分流环本体能够使得进气口的扩压进气区的气流分流，并形成外分流通道和内分流通道；所述分流环本体包括有多个相互独立的单元分流弧段；相邻的单元分流弧段能够以插接或拼接连接的方式进行对位，并在进气口处组装到一起后，以焊接方式进行相互固定连接。分流环本体的分段结构形式，有效的降低了生产和制造的难度和成本；在使用时，各个单元分流弧段首尾插接后采用激光焊接工艺成型，降低了整环部件加工的难度，极大地提高了大尺寸复杂结构件的加工容错性。

Description

一种燃气轮机扩压进气结构及分流环结构

技术领域

本发明属于燃气轮机扩压进气结构技术领域，具体涉及一种燃气轮机扩压进气结构及分流环结构。

背景技术

燃烧室作为燃气轮机的核心部件，其性能直接决定着整个燃气轮机的动力性能和寿命，功能上将压气机流出的经过增压后的高压空气与燃料进行混合及燃烧，而扩压器作为燃烧室的重要部件之一，随着先进燃气轮机性能的发展，燃烧室进口马赫数不断提高，燃烧的组织方式改变，头部进气量的增大，对扩压器的设计提出了更高的要求，为使得结构更加紧凑，进口扩压器一般长度较短且重量较轻，在气动性能方面的要求是在保证较小的总压损和较大的静压恢复的前提下，为燃烧室提供均匀而稳定的流场，便于燃烧室组织燃烧。

在现代先进燃气涡轮发动机的压比通常较高，压气机出口气流速度很大，一般在130m/s~170m/s之间，个别型号可以达到220m/s左右，此时要在燃烧室中组织稳定的点火燃烧非常困难，且高速气体在燃烧室内流动也会带来较大的压力损失。设计时一般需要在组织燃烧前，将气流速度降低为压气机出口气流的1/5，有利于燃烧室组织稳定燃烧，而增加扩压器长度有利于降低出口气流速度，从而降低燃烧室的总压损失，但为了降低发动机的整体长度和重量，要求扩压器尽可能短而紧凑。传统的气动型扩压器为了避免逆压力梯度过大而产生流动分离，一般具有较长轴向长度，这与结构紧凑的要求相违背。而随着燃气轮机性能不断提高，燃气轮机功率和燃烧室进口气流速度不断升高，性能和结构更加紧凑的多通道扩压器结构被提出，实现了相同的扩压减速效果下，多通道扩压器可以依靠更大的扩张比有效减少轴向长度，使得结构更加紧凑高效。

燃烧室根据结构形式分为单管燃烧室、环管燃烧室、环形燃烧室，其中环管燃烧室具有加工方便、油气匹配简单、检修方便、质量较小等优势，相比单管燃烧室与环形燃烧室来说，环管燃烧室具备两者的部分优势，同时又能克服两者中的一些不足，因此在燃气轮机中被广泛应用。

申请号为CN202210196103.4的中国专利申请“一种燃气轮机的组合式多通道扩压器及其扩压进气结构”中，利用通过组合式的扩压结构，提高空气短距离范围内扩压减速的效果，保证压气机出口引入的高速气流能够均匀稳定地进入燃烧室中进行燃烧。该方案中的分流器结构，在实际使用过程中，是一体成型的环形结果并且与扩压器内环通过3D打印技术一体成型，其生产制造的难度较大，制造成本较高，同时也会消耗大量时间。因此，有必要设计一种能够降低分流器生产制造难度和成本的结构。

发明内容

为了解决燃气轮机燃烧室进口处的分流器制造难度大成本高的问题，本方案提供了一种燃气轮机扩压进气结构及分流环结构。

本发明所采用的技术方案为：

一种燃气轮机的分流环结构，包括圆环形的分流环本体，所述分流环本体能够安装到燃烧室的进气口处；该分流环本体能够使得进气口的扩压进气区的气流分流，并形成外分流通道和内分流通道；

所述分流环本体包括有多个相互独立的单元分流弧段；相邻的单元分流弧段能够以插接或拼接连接的方式进行对位，并在进气口处组装到一起后，以焊接方式进行相互固定连接。

作为上述燃气轮机的分流环结构的备选结构或补充设计：所述单元分流弧段包括有气流分隔主体、内通道座体和支撑板；所述气流分隔主体设置于内通道座体的外侧，两者之间通过支撑板连接并隔开。

作为上述燃气轮机的分流环结构的备选结构或补充设计：所述气流分隔主体的断面呈V字形，并在气流分隔主体与燃烧室前机匣之间形成所述外分流通道，该外分流通道的出气方向指向于外环通道，所述外环通道能够自火焰筒内侧的进气口处引气至火焰筒的外侧。

作为上述燃气轮机的分流环结构的备选结构或补充设计：所述内通道座体能够与位于进气口内环侧的扩压器内套固定连接，该内通道座体与气流分隔主体内环壁之间形成所述内分流通道，该内分流通道的出气方向指向于内环通道，所述内环通道能够自进气口处引气至火焰筒的内侧。

作为上述燃气轮机的分流环结构的备选结构或补充设计：在气流分隔主体内设置有主体内腔，在主体内腔的腔壁上设置有连通外部的均压孔，在内通道座体内设置有座体内腔。

作为上述燃气轮机的分流环结构的备选结构或补充设计：所述支撑板包括有多个并环形分布于内分流通道内；支撑板分为支撑长板和支撑短板，支撑长板和支撑短板为平行于内分流通道气流方向的板状结构或翼形结构；所述支撑长板的长度大于支撑短板的长度。

作为上述燃气轮机的分流环结构的备选结构或补充设计：所述支撑长板外缘伸入至主体内腔内并与主体内腔的腔壁连为一体；所述支撑长板内缘的端部伸入至座体内腔内并与座体内腔的腔壁连为一体；所述支撑长板不对主体内腔和座体内腔内气流的环向流动进行阻断。

作为上述燃气轮机的分流环结构的备选结构或补充设计：在座体内腔内设置有支撑孔板，多个支撑孔板环向分布于座体内腔内，在支撑孔板上设置有通气孔。

作为上述燃气轮机的分流环结构的备选结构或补充设计：在气流分隔主体一端的端面上设置有凸出的主体榫头，在气流分隔主体另一端的端面上设置有凹入的主体榫眼，主体榫头能够与相邻气流分隔主体的主体榫眼插接配合；在内通道座体一端的端面上设置有凸出的座体榫头，在内通道座体另一端的端面上设置有凹入的座体榫眼，座体榫头能够与相邻内通道座体的座体榫眼插接配合。

一种燃气轮机扩压进气结构，包括扩压器外环、扩压器内套和上述分流环结构；所述扩压器外环设置于扩压器内套的前部外侧，且两者之间形成有进气口，在进气口的后部呈敞口状并形成扩压进气区；内通道座体的内壁咬合于扩压器内套的内壁，并通过穿过两者的螺钉周向定位后，通过激光焊接完成两者固定。

本发明的有益效果为：

1、本方案中的分流环本体的分段结构形式，在生产和制造过程中，只需要对各个单元分流弧段进行生产即可，有效的降低了生产和制造的难度和成本；在使用时，将各个单元分流弧段进行拼接呈圆环形，然后进行焊接连接即可，各个单元分流弧段首尾插接后采用激光焊接工艺成型，降低了整环部件加工的难度，极大地提高了大尺寸复杂结构件的加工容错性；

2、本方案的分流环本体中，气流分隔主体和内通道座体两个部分均采用中空的结构，能够有效的减轻重量，同时设置在气流分隔主体背侧的均压孔能够有效的平衡气流分隔主体的内外气体压强，提高了分流环的强度和可靠性；气流分隔主体的主体内腔和内通道座体的座体内腔在使用时，构成环向连通的环腔形状，并且伸入在两个内腔中的支撑长板和支撑孔板与腔壁之间留有空隙，能够降低支撑孔板应力集中并平衡各腔压力；而支撑长板的延伸至内腔的固定方式，能够保持内通道座体与分流环相对位置，且进一步提高了前置扩压器整体的结构强度。

3、本方案中支撑长板、支撑短板、支撑孔板等支撑板结构，优化了分流环本体的安装定位方式和结构强度，通过合理的支撑措施，在减重的同时，极大程度地降低了加工技术难度，节约了加工时间和成本，可在后续燃气轮机产品批量生产过程中具有较高的经济优势；

4、本方案中的分流环本体通过咬合到扩压器内套外侧的前端卡槽内的方式固定，并通过内套上两排周向均布的螺钉孔进行周向定位后，定位后可以通过激光焊接完成固定，该固定方式简便高效，使得大尺寸结构件的定位精度和可靠性得到有效保证。

5、本方案通过对双通道扩压器各部件的结构方案和加工方式进行优化设计，在保证了各部件结构强度和可靠性的同时，极大简化了大尺寸复杂型面多通道扩压器的加工难度，提高了加工效率，降低了加工成本，在燃气轮机整机批量化生产阶段具备较大的经济优势。

附图说明

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是单元分流弧段的结构图；

图2是带分流环的燃气轮机燃烧室的局部结构图；

图3是分流环的正视图；

图4是图3中B-B的断面结构图；

图5是图3中C-C的断面结构图。

附图说明：1-扩压器外环；2-分流环本体；21-气流分隔主体；211-主体内腔；212-主体内间隙；213-均压孔；215-主体榫头；22-支撑长板；23-支撑短板；24-内通道座体；241-支撑孔板；242-通气孔；243-座体内间隙；244-座体内腔；245-座体榫头；3-扩压器内套；4-燃烧室前机匣；5-火焰筒；6-扩压进气区；61-外分流通道；62-内分流通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例设计了一种燃气轮机的分流环结构，该分流环结构包括圆环形的分流环本体2，所述分流环本体2在使用时能够安装到燃烧室的进气口处；该分流环本体2能够对进气口后部的扩压进气区6处的气流进行分流，并形成外分流通道61和内分流通道62。

所述分流环本体2包括有多个相互独立的单元分流弧段；每个所述的单元分流弧段均包括有气流分隔主体21、内通道座体24和支撑板；所述气流分隔主体21设置于内通道座体24的外侧，两者之间通过支撑板连接并隔开。具体的，分流环本体2的分段数量可以是四段、六段、八段等，具体视需要而定。

为了方便于相邻的单元分流弧段之间的连接，在气流分隔主体21一端的端面上设置有凸出的主体榫头215，在气流分隔主体21另一端的端面上设置有凹入的主体榫眼，主体榫头215能够与相邻气流分隔主体21的主体榫眼插接配合；在内通道座体24一端的端面上设置有凸出的座体榫头245，在内通道座体24另一端的端面上设置有凹入的座体榫眼，座体榫头245能够与相邻内通道座体24的座体榫眼插接配合。相邻的单元分流弧段之间，通过座体榫头245与座体榫眼和主体榫头215能够与主体榫眼插接或拼接连接的方式进行对位连接，并在进气口处组装到一起后，以激光焊接方式进行相互固定连接。

所述气流分隔主体21的断面呈V字形，并在气流分隔主体21与燃烧室前机匣4之间形成所述外分流通道61，该外分流通道61的出气方向指向于外环通道，所述外环通道能够自火焰筒5内侧的进气口处引气至火焰筒5的外侧。所述内通道座体24能够与位于进气口内环侧的扩压器内套3固定连接，该内通道座体24与气流分隔主体21内环壁之间形成所述内分流通道62，该内分流通道62的出气方向指向于内环通道，所述内环通道能够自进气口处引气至火焰筒5的内侧。

本实施例的结构中，分流环本体2采用多个单元分流弧段的结构形式，降低了生产和制造的难度和成本；在使用时，将各个单元分流弧段进行拼接呈圆环形，然后进行焊接连接即可，各个单元分流弧段首尾插接后采用激光焊接工艺成型，降低了整环部件加工的难度，极大地提高了大尺寸复杂结构件的加工容错性。

为了方便于分流环本体2在燃烧室进气口处的定位和固定，在内通道座体24的内壁上设置有凸起结构，分流环本体2在组装时，将内通道座体24咬合到扩压器内套3外侧的前端卡槽内，并通过内套上两排周向均布的螺钉孔进行周向定位后，定位后可以通过激光焊接完成固定。

实施例2

在实施例1的结构基础上，为了加强结构分流环本体2的结构稳定性，在气流分隔主体21内设置有主体内腔211，在主体内腔211的腔壁上设置有连通外部的均压孔213，在内通道座体24内设置有座体内腔244。通过设置中空的内腔结构能够有效的减轻分流环本体2的重量，同时设置在气流分隔主体21背侧的均压孔213也能够平衡气流分隔主体21的内外气体压强，提高了分流环的强度和可靠性。

多个所述的支撑板环形分布于内分流通道62内；支撑板分为支撑长板22和支撑短板23两种结构形式。支撑长板22和支撑短板23均为板状结构或翼形结构，支撑长板22和支撑短板23均并列或平行于内分流通道62气流方向，使得内分流通道62中的气流能够通入至相邻两个支撑板之间，并流入到燃烧室内。

支撑长板22与支撑短板23的尺寸以及对外连接方式上具有一定的区别。

其中，尺寸上的区别是：支撑长板22沿内分流通道62气流方向上的长度大于支撑短板23沿内分流通道62气流方向上的长度。

外连接方式上的区别是：所述支撑长板22外缘伸入至主体内腔211内并与主体内腔211的腔壁连为一体；所述支撑长板22内缘的端部伸入至座体内腔244内并与座体内腔244的腔壁连为一体；所述支撑长板22不对主体内腔211和座体内腔244内气流的环向流动进行阻断。如图4所示，支撑长板22的外侧沿伸入至主体内腔211内，并与主体内腔211的外腔壁融为一体，在支撑长板22与主体内腔211的腔壁之间留有主体内间隙212，该主体内间隙212用于连通支撑长板22的两侧以避免支撑长板22对主体内腔211中的气流流动造成阻断；支撑长板22的内侧沿伸入至座体内腔244内，并与座体内腔244的内腔壁融为一体，在支撑长板22与座体内腔244的腔壁之间留有座体内间隙243，该座体内间隙243用于连通支撑长板22的两侧以避免支撑长板22对座体内腔244中的气流流动造成阻断。与支撑长板22之不同的是：如图5所示，支撑短板23的外侧沿不会伸入主体内腔211内，仅与主体内腔211的内腔壁融为一体；支撑短板23的内侧沿也不会伸入座体内腔244内，仅与座体内腔244的外腔壁融为一体。

而为了提高座体内腔244的外腔壁对支撑短板23的支撑强度和结构稳定性，在座体内腔244内设置有支撑孔板241，多个支撑孔板241环向分布于座体内腔244内，在支撑孔板241上设置有一大一小两个不同尺寸的通气孔242，通气孔242具体尺寸视支撑孔板241的结构而定。通气孔242配合座体内间隙243，能够在内支撑座体连接呈环形形状后，平衡座体内腔244中的压力。而主体内间隙212的结构，也用于平衡主体内腔211中的压力。

实施例3

如图1至图5所示，本实施例设计了一种燃气轮机扩压进气结构，包括扩压器外环1、扩压器内套3和分流环结构；所述扩压器外环1设置于扩压器内套3的前部外侧，且两者之间形成有进气口，在进气口的后部呈敞口状并形成扩压进气区6；内通道座体24的内壁咬合于扩压器内套3的内壁，并通过穿过两者的螺钉周向定位后，采用激光焊接完成固定。

分流环结构包括圆环形的分流环本体2，所述分流环本体2能够安装到燃烧室的进气口处；该分流环本体2能够使得进气口的扩压进气区6的气流分流，并形成外分流通道61和内分流通道62；所述单元分流弧段包括有气流分隔主体21、内通道座体24和支撑板；所述气流分隔主体21设置于内通道座体24的外侧，两者之间通过支撑板连接并隔开。所述气流分隔主体21的断面呈V字形，并在气流分隔主体21与燃烧室前机匣4之间形成所述外分流通道61，该外分流通道61的出气方向指向于外环通道，所述外环通道能够自火焰筒5内侧的进气口处引气至火焰筒5的外侧。所述内通道座体24能够与位于进气口内环侧的扩压器内套3固定连接，该内通道座体24与气流分隔主体21内环壁之间形成所述内分流通道62，该内分流通道62的出气方向指向于内环通道，所述内环通道能够自进气口处引气至火焰筒5的内侧。

上述实施例仅仅是为了清楚的说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气轮机的分流环结构，其特征在于：包括圆环形的分流环本体（2），所述分流环本体（2）能够安装到燃烧室的进气口处；该分流环本体（2）能够使得进气口的扩压进气区（6）的气流分流，并形成外分流通道（61）和内分流通道（62）；

所述分流环本体（2）包括有多个相互独立的单元分流弧段；相邻的单元分流弧段能够以插接或拼接连接的方式进行对位连接。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机的分流环结构，其特征在于：所述单元分流弧段包括有气流分隔主体（21）、内通道座体（24）和支撑板；所述气流分隔主体（21）设置于内通道座体（24）的外侧，两者之间通过支撑板连接并隔开。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机的分流环结构，其特征在于：所述气流分隔主体（21）的断面呈V字形，并在气流分隔主体（21）与燃烧室前机匣（4）之间形成所述外分流通道（61），该外分流通道（61）的出气方向指向于外环通道，所述外环通道能够自火焰筒（5）内侧的进气口处引气至火焰筒（5）的外侧。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机的分流环结构，其特征在于：所述内通道座体（24）能够与位于进气口内环侧的扩压器内套（3）固定连接，该内通道座体（24）与气流分隔主体（21）内环壁之间形成所述内分流通道（62），该内分流通道（62）的出气方向指向于内环通道，所述内环通道能够自进气口处引气至火焰筒（5）的内侧。

5.根据权利要求2所述的燃气轮机的分流环结构，其特征在于：在气流分隔主体（21）内设置有主体内腔（211），在主体内腔（211）的腔壁上设置有连通外部的均压孔（213），在内通道座体（24）内设置有座体内腔（244）。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机的分流环结构，其特征在于：所述支撑板包括有多个并环形分布于内分流通道（62）内；支撑板分为支撑长板（22）和支撑短板（23），支撑长板（22）和支撑短板（23）为平行于内分流通道（62）气流方向的板状结构或翼形结构；所述支撑长板（22）的长度大于支撑短板（23）的长度。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机的分流环结构，其特征在于：所述支撑长板（22）外缘伸入至主体内腔（211）内并与主体内腔（211）的腔壁连为一体；所述支撑长板（22）内缘的端部伸入至座体内腔（244）内并与座体内腔（244）的腔壁连为一体；所述支撑长板（22）不对主体内腔（211）和座体内腔（244）内气流的环向流动进行阻断。

8.根据权利要求7所述的燃气轮机的分流环结构，其特征在于：在座体内腔（244）内设置有支撑孔板（241），多个支撑孔板（241）环向分布于座体内腔（244）内，在支撑孔板（241）上设置有通气孔（242）。

9.根据权利要求2所述的燃气轮机的分流环结构，其特征在于：在气流分隔主体（21）一端的端面上设置有凸出的主体榫头（215），在气流分隔主体（21）另一端的端面上设置有凹入的主体榫眼，主体榫头（215）能够与相邻气流分隔主体（21）的主体榫眼插接配合；在内通道座体（24）一端的端面上设置有凸出的座体榫头（245），在内通道座体（24）另一端的端面上设置有凹入的座体榫眼，座体榫头（245）能够与相邻内通道座体（24）的座体榫眼插接配合。

10.一种燃气轮机扩压进气结构，其特征在于，包括扩压器外环（1）、扩压器内套（3）和权利要求2至9任意一项所述的分流环结构；所述扩压器外环（1）设置于扩压器内套（3）的前部外侧，且两者之间形成有进气口，在进气口的后部呈敞口状并形成扩压进气区（6）；内通道座体（24）的内壁咬合于扩压器内套（3）的内壁，并通过穿过两者的螺钉周向定位后，采用激光焊接方式完成固定。

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